광음향 영상의 원리

광음향 영상의 원리

광음향 영상(PAI)은 다음과 같은 의료 영상 기술을 결합한 것입니다.광학그리고 음향학을 사용하여 초음파 신호를 생성합니다.빛조직을 이용하여 고해상도 조직 영상을 얻는 기술입니다. 이 기술은 생의학 분야, 특히 종양 검출, 혈관 영상, 피부 영상 등에서 널리 사용됩니다.

원칙:
1. 빛 흡수 및 열 팽창: – 광음향 영상은 빛 흡수로 발생하는 열 효과를 이용합니다. 조직 내 색소 분자(예: 헤모글로빈, 멜라닌)는 광자(보통 근적외선)를 흡수하고, 이 광자는 열 에너지로 변환되어 국소 온도를 상승시킵니다.
2. 열팽창으로 인해 초음파가 발생합니다. – 온도 상승으로 인해 조직의 미세한 열팽창이 발생하여 압력파(즉, 초음파)가 생성됩니다.
3. 초음파 감지: – 생성된 초음파는 조직 내에서 전파되고, 이 신호는 이후 초음파 센서(예: 초음파 프로브)에 의해 수신되어 기록됩니다.
4. 영상 재구성: 수집된 초음파 신호를 계산 및 처리하여 조직의 구조 및 기능 영상을 재구성하고, 이를 통해 조직의 광 흡수 특성을 제공합니다. 광음향 영상의 장점: 높은 대비도: 광음향 영상은 조직의 광 흡수 특성을 활용하며, 혈액, 지방, 근육 등 다양한 조직은 빛을 흡수하는 능력이 다르기 때문에 고대비 영상을 제공합니다. 높은 해상도: 초음파의 높은 공간 해상도를 활용하여 광음향 영상은 밀리미터 또는 서브밀리미터 수준의 영상 정확도를 달성할 수 있습니다. 비침습적: 광음향 영상은 비침습적이며, 빛과 소리로 인한 조직 손상이 없어 인체 진단에 매우 적합합니다. 심부 영상 기능: 기존의 광학 영상과 비교하여 광음향 영상은 피부 아래 수 센티미터 깊이까지 투과할 수 있어 심부 조직 영상에 적합합니다.

애플리케이션:
1. 혈관 영상: – 광음향 영상은 혈액 내 헤모글로빈의 빛 흡수 특성을 감지하여 혈관의 구조와 산소화 상태를 정확하게 표시하여 미세 순환을 모니터링하고 질병을 판단할 수 있습니다.
2. 종양 검출: – 종양 조직에서의 혈관신생은 일반적으로 매우 풍부하며, 광음향 영상은 혈관 구조의 이상을 감지하여 종양을 조기에 검출하는 데 도움이 될 수 있습니다.
3. 기능적 영상: – 광음향 영상은 조직 내 산소화 및 탈산소헤모글로빈 농도를 검출하여 조직의 산소 공급을 평가할 수 있으며, 이는 암 및 심혈관 질환과 같은 질병의 기능적 모니터링에 매우 중요합니다.
4. 피부 영상: – 광음향 영상은 표재 조직에 매우 민감하기 때문에 피부암의 조기 발견 및 피부 이상 분석에 적합합니다.
5. 뇌 영상: 광음향 영상은 뇌졸중이나 간질과 같은 뇌 질환을 연구하기 위해 비침습적 방식으로 뇌 혈류 정보를 얻을 수 있습니다.

광음향 영상의 과제와 개발 방향:
광원선택: 파장에 따라 빛의 투과율이 다르므로, 적절한 파장 균형 해상도와 투과 깊이를 선택하는 것이 중요합니다. 신호 처리: 초음파 신호의 수집 및 처리에는 고속의 정확한 알고리즘이 필요하며, 영상 재구성 기술 개발 또한 중요합니다. 다중 모드 영상: 광음향 영상은 MRI, CT, 초음파 영상 등 다른 영상 기법과 결합하여 더욱 포괄적인 생의학적 정보를 제공할 수 있습니다.

광음향 영상은 고대비, 고해상도, 비침습적 특성을 지닌 새롭고 다기능적인 생의학 영상 기술입니다. 기술의 발전에 따라 광음향 영상은 의학 진단, 기초 생물학 연구, 신약 개발 등 다양한 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다.